RECEPTORES DE RADIO.
En la actualidad los receptores poseen una tecnología avanzada.
Los actuales receptores están formado por una serie de circuitos integrados y circuitos digitales que procesan la señal de rediodifusión de manera más eficáz de lo que lo hacían los anteriores receptores a válvulas o los primeros modelos transistorizados, ofreciendo otros circuitos de compensación eléctrica.
Desde el punto de vista de su uso, los receptores se pueden clasificar en dos grupos:
Los receptores de radiodifusión.Se utilizan para sintonizar estaciones con carácter permanente y público, con programas de entretenimiento e información. Disponen de un ancho de bandamayor debido a que la calidad de la recepción debe de ser mayor.
Los receptores de telecomunicaciones.Se utilizan para realizar enlaces radiotelefónicos en asociación con las estaciones transmisoras. En estos receptores prevalece la seguridad del enlace sobre la calida.
Según se clasifique el receptor en uno de los grupos va a disponer de diferentes dispositivos, a pesar de que el principio de funcionamiento es el mismo en ambos casos.
En este capítulo vamos a estudiar los receptores de radiodifusión.
Clasificación.
Los circuitos eléctricos que utilizan los receptores pueden presentar ciertas diferencias que no afectan al principio en si en el que basan su funcionamiento, sino simplemente la metodología que emplean para la recepción de las ondas y posterior tratamiento de las mismas.
Por lo tanto en base a su metodología se pueden clasificar en:
● HETERODINOS.
● REGENERATIVOS.
● SUPERREGENERATIVOS.
● RADIO FRECUENCIA SINCRONIZADA.
● SUPER HETERODINOS.
● MULTICONVERSIÓN.
De acuerdo al tipo de modulación se clasifican en:
● RECEPTORES DE AMPLITUD MODULADA.
● RECEPTORES DE FRECUENCIA MODULADA.
En este capítulo nos encargaremos de estudiar los heterodinos y regenerativos.
Principio de recepción
El receptor tiene la misión inversa del transmisor: captar la onda electromagnética proveniente del transmisor que llega hasta la antena receptora, para transformarla en una señal sonora capaz de impresionar el oído humano.
Asi como en el transmisor la antena es el elemento iradiador, en el receptor la antena es sensible al paso de los campos electromagnéticos irradiados por cientos de transmisores o emisoras cuyas señales se han propagado hasta el lugar de la recepción en forma perpendicular a la antena receptora.
Es importante que entiendas que las vibraciones que capta la antena receptora no son vibraciones mecánicas, sino eléctricas ya que las energías de las diferentes ondas electromagnéticas de diferentes emisoras no tienen la suficiente potencia como para hacer vibrar la antena, pero si como para excitarlas.
Realmente se trata de una multitud de tensiones inducidas con una amplitud microscópica y variante, del orden de los microvóltios o inferior, de diferentes frecuencias.
Por lo tanto un primer circuito electríco del receptor debe de ser capaz de seleccionar una sola de todas las frecuencias y microtensiones que se encuentran en la antena. Dicho circuito se llama sintonizador.
El funcionamiento del sintonizador se basa en un circuito resonante que se acopla a la antena para permitir que dicho circuito resuene a la frecuencia deseada. Recuerda que los circuitos resonantes paralelo, a la frecuencia de resonancia, presentan la máxima intensidad por su interior y mínima impedancia, lo cual hará que la señal recibida se transfiera a otra parte del circuito.
La antena y la tierra constituyen el circuito resonante serie de sintonía variable. Las corrientes inducidas en la antena circularán hacia tierra, pero solo aquellas cuya frecuencia coincida con la del circuito resonante serie formado por L1 - C1 circulará más intensa que las demás, y será tan superior como el punto Q del circuito resonante.
Como C1 es variable lo podemos variar para cambiar la frecuencia de recepción.
La señal elegida se inducirá en el secundario del transformador (ya que L1 forma parte de un transformador de radiofrecuencia), que forma parte de un circuito resonante serie, permitiendo una máxima circulación de corriente a la frecuencia de resonancia, que es la misma que la que circula por L1.
NOTA: Aunque parezca un circuito resonante paralelo el circuito formado por L2 - C2, en realidad es un circuito resonante serie porque la señal se induce sobre L2 y de ahí circula por C2 y de ahí en paralelo está la salida, de la frecuencia. Pero Sobre L2 se aplica la tensión de la señal y después sobre C2, por tanto circuito serie.
El factor Q del circuito proporciona una selectividad reforzada.
Proceso.
Una vez que el receptor ha seleccionado la frecuencia adecuada se precisa disponer de un transductor que nos elimine la portadora de alta frecuencia en la que se había modulado la señal de audio de baja frecuencia.
Para ello, la señal debe de aplicarse a un circuito adecuado que cumpla esa función sin que produzca interferencias en la señal de baja frecuencia o la deteriore. Ese circuito se llama detector.
Es muy habitual que antes de que la señal llegue al detector, se amplifique la misma para poder trabajar con ella correctamente, ya que por el momento la señal es muy débil electricamente hablando.
A la salida del detector, la señal de baja frecuencia es idéntica a la que ofrecía la fuente emisora antes de su modulación. Eso si, requerirá de un amplificador de baja frecuencia para aumentar más la tensión de la señal.
Ahora solo queda llevar la señal a un transductor como un auricular o altavoz que nos permita escuchar la señal de baja frecuencia.
En el siguiente esquema puedes ver los módulos de los que forma parte un receptor de radio común.
Como ya hemos visto en el anterior capítulo, un emisor simple puede estar formado por un oscilador y una antena.
El receptor más simple no necesita más que una antena y un detector, y de hecho era lo único que necesitaban algunos soldados para fabricar radios caseras con materiales simples para amenizar los ratos de guardia y distancia de su hogar en tiempos de guerra.
La señal captada, indudablemente tiene muy poca amplitud y es más pequeña cuando más alejada esté la emisora que transmite esa señal. Por tanto sin el tratamiento adecuado, la gran mayoría de las veces no escucharemos nada a no ser que tengamos la antena transmisora a pocos kilómetros de distancia.
Por ese motivo se empezó a incluir un amplificador que aumentara el nivel de la señal recibida aunque estuviese modulada para que el detector pudiese trabajar con ella a unos niveles correctos y poder sacar la señal de audio de una manera mucho más eficáz.
El amplificador que se conecta al sintonizador es un amplificador de radiofrecuencia y suele trabajar en clase C, como ya he mencionado.
Por supuesto, todo circuito eléctrico debe de presentar una fuente de alimentación que alimente al circuito, ya que la señal de por sí consumirá energía a cada etapa del receptor.
Gracias a la amplificación de radiofrecuencia es posible aumentar la sensibilidad del receptor, es decir, poder recibir señales más alejadas que llegan muy débiles debido a la distancia de transmisión.
El detector más sencillo.
La misión básica del detector es actuar como rectificador de radiofrecuencia, permitiendo el paso de una sola alternancia de la señal de oscilación que capta la antena. De esta manera a la salida del detector, la señal queda partida por la mitad como puedes ver en la imagen siguiente.
La mitad inferior queda anulada al no poder pasar por el detector formado por un diodo rectificador.
El cristal de Galena, fue el primer detector que se usó en la historia de los soldados mencionados anteriormente. Construido por un cristal de sulfuro de plomo sobre el que se apoya la extremidad de una aguja - muelle denominada buscador. Una vez obtenido el contacto del buscador sobre un punto sensible de la galena, la corriente de alta frecuencia no puede circular a través del contacto aguja - cristal más que en una sola dirección tal como muestra la anterior imagen.
Pero hoy en día el receptor de galena está en deshuso ya que ha sido reemplazado por otro detector mucho más eficáz: el diodo de estado sólido.
Aunque los diodos no son tan sensibles como la galena, por lo que necesitan de cierta tensión para su funcionamiento. Recordarás de los cursos de electrónica que los semiconductores necesitan una tensión polarizada directamente para vencer la tensión acumulada por cargas eléctricas en su interior y que se llaman tensión de polarización o barrera de potencial.
El problema al principio consistía en que los diodos rectificadores requerían de tensiones de polarización de mínimo 0,6 voltios en diodos de Silicio y de 0,2 voltios en diodos de Germanio para empezar a conducir; y eso era un problema cuando la señal que procedía de la antena apenas llegaba a los pocos microvoltios. El problema se resolvía con la amplificación de la señal de la antena.
Funcionamiento de un receptor a cristal.
En 1895 el ruso Alexander Stepánovich Popov presentó el primer receptor de ondas radioeléctricas que tenía la particularidad de no necesitar alimentación eléctrica; simplemente le bastaba con una antena y una toma de tierra.
Pero fue Guillermo Marconi, quién realizó varios experimentos con junto con el receptor de Popov y el oscilador de Herz, el que se hizo con la patente de la radio.
En 1904 se incluyó en el receptor el diodo electrónico que se basaba en una válvula de vacío desarrollada por el doctor J.A.Fleming, aunque el cristal de galeno se siguió usando hasta la década de los 50.
La señal que llega a la antena se encuentra con el circuito resonante paralelo que a la frecuencia de resonancia ofrece la máxima impedancia a la señal, haciendo que la intensidad de la señal sea mínima en su interior pero la tensión máxima. La variación de tensión hace que se transfiera al secundario del transformador la señal al circuito resonante serie, el cual a la frecuencia de resonancia ofrece una mínima impedancia y máxima intensidad de la señal, señal que es captada por el cristal de galeno reprensentado en la imagen anterior por un diodo.
Por la posición del diodo, solo permitirá el paso de las señales positivas y bloqueará las señales negativas. Al dejar a la mitad la señal que procedía de la antena, se ha producido una demodulación de la señal.
El condensador C3, se carga durante el periodo de conducción del diodo y se descarga sobre los auriculares cuando no conduce señal. Pero el condensador no puede cargarse ni descargarse constantemente ya que la frecuencia de las ondas radioeléctricas es grande por lo que solo puede acumular una parte de la señal y ceder otra parte de la misma. El condensador solo puede seguir variaciones de tensión de pico de las alternancias positivas, reproduciendo así su envolvente.
El efecto total es que la portadora es separada de la señal de baja frecuencia. La portadora circula a través del condensador hacia tierra por ofrecer éste baja impedancia a la señal de alta frecuencia. La señal de baja frecuencia se dirige hacia los auriculares ya que las bobinas de alta impedancia de los mismos ofrece menor impedancia a la baja frecuencia. Por lo tanto, el condensador coge la señal de alta frecuencia y los auriculares la señal de baja frecuencia.
El auricular debe de ser de alta impedancia para poder producir una tensión lo suficientemente grande para poder mover las bobinas al ritmo de la señal de baja frecuencia. Si utilizasemos un auricular de los de hoy en día, no funcionaría el receptor de galena, ya que la señal no tendría la suficiente potencia como para excitar el auricular debido a la baja impedancia que tienen y se consumiría su corriente enseguida.
Receptor heterodino.
Este tipo de receptor se utiliza para la recepción de señales A1.
Las características de este tipo de transmisión presenta el incoveniente que se pueden producir interferencias con otras emisoras que trabajan en frecuencias proximas debido al ancho de banda de la señal y a las bandas laterales.
Para evitar este incoveniente resulta más eficaz emitir las señales telegráficas en onda continua. Como la señal que se emite tiene una frecuencia muy elevada, al sintonizarla en el receptor es necesario que el mismo la procese para que resulte audible.
Por eso el propio receptor lleva incorporado un pequeño oscilador que, superponiendo su frecuencia de oscilación a la frecuencia de la señal de la antena, da como resultado una señal de baja frecuencia por el heterodinaje de las señales.
Llamo heterodinaje al batido (suma) de ambas frecuencias, la de recepción y la de oscilación. La frecuencia resultante suele ser de entre 1000 ó 400 Hz.
Este tipo de receptores se utilizan para la transmisión de código Morse.
Receptores de señales A2 y A3.La diferencia que existe entre ambos tipos de receptores son mínimas ya que ambas trabajan con señales moduladas en amplitud.
En la clase A2 la modulación se produce mediante un tono fijo, lo que permite mayor seguridad en la recepción del mensaje que se envía con ayuda del código Morse. Los receptores para este tipo de señales no necesitan oscilador como los receptores heterodinos, ya que una vez demodulada la señal resulta audible directamente.
La diferencia que presenta la clase A2 con respecto la clase A3 es que la modulación A2 ocupa un espectro de frecuencias muy reducido, lo cual es bueno para evitar el problema de interferencias por el ancho de banda.
Receptor de radio frecuencia sintonizada.Se trata de un circuito de amplificación directa de la señal de radiofrecuencia sintonizada o RFS. Se caracteríza por tener 2, 4 o más circuitos de amplificación en radiofrecuencia idénticos y sintonizados.
La características principales del anterior circuito son:
● Los circuitos oscilantes de todos los pasos o etapas de radiofrecuencia tienen sus condensadores variables de sintonía, o ajuste, controlados por un solo mando CB1 para simplificar la sintonización de los mismos.
● De todos los bobinados de radiofrecuencia, solo suelen estar sintonizados los de entrada de la etapa, puesto que los de colector suelen se aperiódicos, es decir, sin condensador de ajuste para una señal de determinada frecuencia.
La señal presente en la antena en la primera etapa, y la que sale de los colectores, actúa sobre los primarios de los transformadores de alta frecuencia, de donde se induce en el secundario correspondiente. Estos secundarios están conectados a la base del siguiente transistor para obtener una amplificación de la señal.
Receptor regenerativo.
Para aumentar la sensibilidad de los receptores a fin de que sean capaces de recibir señales muy débiles y lejanas, se han diseñado circuitos que ofrecen mayor sensibilidad al receptor.
Uno de ellos es el receptor regenerativo que utiliza el fenómeno de la reacción o heterodino porque mezcla dos señales.
La reacción consiste en derivar una parte de la tensión de salida de un amplificador de radiofrecuencia para que, actuando por inducción sobre el circuito de entrada de dicha etapa, se refuerce la señal de entrada; lo que suele ser una realimentación positiva.
En el anterior circuito puedes ver como la señal formada por el primario y C6 se aplica a través de C5 a la base del transistor que se polariza de manera que el diodo base - emisor del transistor actue como detector.
La señal amplificada del transistor se lleva a la bobina L4 que produce una inducción de la señal de radiofrecuencia sobre la bobina primaria en su terminal segundo y el punto medio de forma positiva, sumándose a la tensión de la señal de entrada y ofreciendo mayor sensibilidad a la entrada de la antena.
La señal de audio se saca a través de la resistencia R2, R3 y R5 y C7, que ofrece poca reactancia a la baja frecuencia.
Las bobinas de dicho circuito deben de presentar cierta distancia, ya que de presentarse muy unidas se producirá una oscilación que no interesa en dicho circuito, por lo que para éste circuito debe de establecerse un valor de inductancia mútua M, específica.
Si llegase a producirse la oscilación del circuito, el mismo neutralizaría la recepción de la señal de la antena; además produciría ondas electromagnéticas debida a la oscilación del circuito que afectaría a diversas etapas del receptor produciendo interferencias no deseadas.
Receptor superregenerativo.
Se trata de un circuito cuyo rendimiento es superior al regenerativo. Este circuito se utilizaba en telegrafía.
Imagina que un circuito a reacción se le sobrepone o inyecta otra señal de frecuencia algo superior a la frecuencia de audio para que no sea audible. A la vez se aumenta el grado de acoplamiento de las bobinas de entrada y reacción para que se produzca una oscilación.
La oscilación hará que el transistor pase alternativamente por debajo y por encima del punto de oscilación varios miles de veces por segundo (más de la frecuencia audible), lo cual impedirá que la reacción suba hasta el punto de oscilación.
El proceso es parecido a como si la reacción pasara su limite para entrar en oscilación, se cortase un instante, dejándola crecer nuevamente para volverla a cortar en el momento adecuado. Y así sucesivamente.
Esta oscilación suplementaria refuerza los ciclos positivos y debilita los ciclos negativos, suponiendo una ganancia de la amplificación.
La nueva oscilación necesaria para la superreacción se consigue normalmente de dos formas:
● Intercalando una nueva bobina o circuito oscilante en el circuito de colector.
● Con un circuito oscilante independiente cuya señal se inyecta al circuito colector o de base.
Este tipo de receptor ofrece un tipido molesto que se percibe en los intervalos de tiempo en los que no hay audición, por lo que este tipo de receptor utilizan circuitos complementarios para eliminar este tipo de pitido.
Ayuda a la formación libre.